变量的生存期和存储分配

1.变量的生存期　

　变量是内存空间的一种抽象，程序中定义的每个变量在运行时都有与之对应的内存空间。

　　C++把变量占有的内存空间的时间段称为生存期，分为三类：静态生存期、动态生存期、自动生存期。

全局变量具有静态生存期；
局部变量和函数的参数一般具有自动生存期；
对于具有动态生存期的变量，其内存空间一般用new操作分配，用delete操作收回，这样的变量称为动态变量，动态变量具有动态生存期。

　　定义局部变量时，可以加上存储类型修饰符：auto、static或register来显式地指出他们的生存周期。

局部变量的默认存储类型为auto；
定义static存储类型的局部变量具有静态生存期；
定义register存储类的局部变量也具有自动生存期，与auto存储类的局部变量的区别在于register是建议编译程序将相应的局部变量的空间分配在CPU的存储器中，目的是提高对局部变量的访问效率，当然，register类型的局部变量的存储空间也可以在CPU的寄存器中，或者内存中。

　　在C++程序中，定义的一个变量如果没有初始化，对于具有静态生存期的变量（全局变量、static存储类的局部变量），程序会隐式地自动把他们按位模式初始化为0；对于其他变量，编译程序不会初始化，初始值为内存空间已有的值，具有不确定性。

2.作用

自动的局部变量起到节省内存空间的作用，当包含auto存储类的局部变量的函数调用结束后，其中的自动局部变量的内存就被收回了。
static存储类的局部变量的作用是，能在函数调用时获得上一次调用结束时该局部变量的值，即能在函数多次调用之间得以保留。

特别注意的是，static存储类的局部变量如果在定义中初始化，则该初始化只在函数第一次调用时进行，后面的调用中不再初始化，它的值为上一次调用结束时的值，受函数封装的保护。

3.存储的分配　　

　　当一个程序运行时，操作系统会为其分配一个内存空间，包括四个部分：静态数据区（static data）、代码区（code）、栈区（stack）和堆区（heap，或称自由存储区，free store），如下图所示（不同操作系统的顺序会不同）。

　　在程序的内存空间中：

静态数据区用于全局变量、static存储类的局部变量以及变量的内存分配；
代码区用于存放程序的指令，对于C++，代码区存放的是所有函数的代码；
栈区用于auto存储类的局部变量、函数的参数，及函数调用时的有关信息（如函数的返回地址等）的内存分配；
堆区用于动态变量的内存分配

　　静态数据区和代码区的大小是固定的，而栈区和堆区的大小将会随着程序的运行不断变化，不过，操作系统对于程序的栈区和堆区的最大值有一定的限制。

4.基于栈的函数调用的实现

　　函数调用是通过栈来实现的，栈是一种元素个数可变的线性数据结构。其元素的增加和减少只能在某一端进行。

在C++函数调用时，调用者在栈中为形参和函数返回地址分配空间，并将函数中实参的值和调用后的返回地址放入所分配的栈空间中；
函数调用中，被调用的函数在栈中为自动存储类的局部变量分配空间，并从栈中（通过形参）获得调用者提供的数据（实参的值）；
函数调用后，被调用者释放局部变量的栈空间，并根据栈空间的返回地址返回到调用点（存储返回地址的栈空间将被释放）；
调用者释放形参占用的的栈空间，然后继续执行调用之后的操作。

堆栈顺序：形参->函数返回地址->函数内的auto局部变量

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